Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Качественная картина утомления фотокатодов подтверждается экспериментально. Действительно, утомление фотокатодов тем сильнее, чем больше поток света. Фотокатоды после длительного отдыха частично или полностью восстанавливают свою чувствительность: восстановление происходит быстрее при более высоких температурах.
Входная камера фотоумножителя. Электроны из фотокатода выходят с разными скоростями и под разными углами к поверхности катода. Конструкция входной камеры ФЭУ должна быть такой, чтобы сбор электронов на первый динод по возможности был наибольшим и одинаковым с различных участков фотокатода. Чем меньше доля электронов, попадающих на первый динод, тем больше будет относительное значение флуктуации в их числе и больше разброс в амплитудах импульсов на выходе фотоумножителя. Неравномерный сбор электронов с разных участков фотокатода также будет увеличивать флуктуации в амплитудах импульсов. В фотоумножителях с большими фотокатодами входная камера оказывается больших размеров, что усложняет фокусировку фотоэлектронов на первый динод. В таких случаях фокусировку осуществляют с помощью электрического поля, создаваемого с помощью двух-трех кольцевых электродов во входной камере. При использовании сцинтилляцион-ных счетчиков для изучения временных распределений возникает требование изохронности траекторий электронов от фотокатода до первого динода. Требования изохронности траекторий и полного сбора электронов обычно противоречивы. Поэтому формы фокусирующего поля для временных и спектрометрических ФЭУ различны. В ФЭУ с диаметрами фотокатодов до 40 мм с двумя фокуси-
8*
227 рующими электродами во входной камере удается получить изохронность траекторий фотоэлектронов с точностью не хуже Ю-8 сек.
Динодная система. Система динодов в фотоумножителе предназначена для усиления потоков электронов. Размножение электронов на каждом диноде происходит в результате вторичной электронной эмиссии. Процесс «размножения» электронов эффективен, если, во-первых, коэффициент вторичной электронной эмиссии больше единицы и, во-вторых, если будет по возможности полный сбор электронов вторичной эмиссии из предыдущего динода на последующий. Кроме того, для временных фотоумножителей необходимо, чтобы время прохождения электронов с одного динода на другой имело малый разброс.
Рассмотрим процесс вторичной электронной эмиссии. Вторичная электронная эмиссия характеризуется коэффициентом вторичной эмиссии: отношением тока вторичных электронов к току первичных. Коэффициент вторичной эмиссии ае зависит от материала и состояния его поверхности, от энергии первичных электронов, угла падения электронов. Коэффициент вторичной эмиссии с увеличением энергии электронов вначале растет, а затем выше энергий 100 — 1000 эв (в зависимости от материала) падает. Такое поведение качественно можно объяснить следующим образом. Электроны, попадая в материал, в результате упругих и неупругих соударений передают свою энергию многим электронам. Чем выше энергия первичного электрона, тем большему числу электронов он передает свою энергию. Но чем выше энергия первичного электрона, тем на большую глубину он проникает и, следовательно, на большей глубине в материале приобретают энергию вторичные электроны. Если учесть, что вторичные электроны могут покинуть материал, если они образовались на глубине от поверхности порядка длины своего пробега, и что удельные потери энергии вблизи поверхности материала уменьшаются с ростом энергии падающих электронов, то становится понятной зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии от энергии падающих электронов.
Если процесс передачи энергии вторичным электронам определяется главным образом энергией первичного, то движение вторичных электронов к поверхности и его выход из материала в основном определяются самим веществом (металл, полупроводник, диэлектрик). Интенсивное взаимодействие вторичных электронов с электронами проводимости — основная причина малых коэффициентов вторичной электронной эмиссии для металлов. В полупроводниках и диэлектриках вторичные электроны имеют большую вероятность выхода. Однако коэффициенты вторичной электронной эмиссии не для всех полупроводников и диэлектриков больше, чем для металлов. Имеет значение также величина работы выхода этих веществ, препятствующая удалению вторичных электронов за пределы материала.
Коэффициент вторичной электронной эмиссии ае существенно зависит от угла падения первичных электронов. Чем больше угол,
228 под которым электроны попадают на поверхность материала (угол падения отсчитывается от нормали к поверхности), тем больше ое. Такая зависимость ое от угла падения понятна в свете проведенных выше рассуждений и связана с тем, что при больших углах вторичные электроны образуются близко от поверхности материала.
Энергетическое распределение вторичных электронов слабо зависит от энергии первичных. Вторичные электроны имеют два максимума —• один широкий в области малых энергий и второй узкий в области энергий, близких к энер- г
гии первичных электронов (упругое __ и
